(57)【要約】【課題】  特に、耐衝撃性及び耐スティッキング性に優れた物理量センサを提供することを目的としている。【解決手段】  高さ方向に変位する可動部５０と、可動部５０と高さ方向に対向して配置され可動部５０の変位を規制する突起状のストッパ部５１とを有して構成される。ストッパ部５１の可動部５０との対向面５１ａの外周５１ｂには、第１の接触端部５３と、第２の接触端部５４が設けられ、第１の接触端部５３は、可動部５０がストッパ部５１に近づく方向に変位して対向面５１ａと最初に接触する部分であり、第２の接触端部５４は、可動部５０が前記ストッパ部５１との当接状態から離れる方向に変位したとき対向面５１ａから最初に離れる部分である。第１の接触端部５３における可動部との接触長さのほうが第２の接触端部５４における可動部との接触長さに比べて長い。【選択図】図１
2011071140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高さ方向に変位する可動部と、前記可動部と高さ方向に対向して配置され前記可動部の変位を規制する突起状のストッパ部とを有して構成され、
前記ストッパ部の前記可動部との対向面の外周には、第１の接触端部と、第２の接触端部が設けられ、前記第１の接触端部は、可動部が前記ストッパ部に近づく方向に変位して前記対向面と最初に接触する部分であり、前記第２の接触端部は、可動部が前記ストッパ部との当接状態から離れる方向に変位したとき前記対向面から最初に離れる部分であり、
前記第１の接触端部における前記可動部との接触長さのほうが前記第２の接触端部における前記可動部との接触長さに比べて長いことを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
前記第１の接触端部は直線状あるいは曲線状で形成され、前記第２の接触端部は、２本の直線部あるいは曲線部、又は前記直線部と前記曲線部とが交わる交点で形成される請求項１記載の物理量センサ。
【請求項３】
前記第１の接触端部は直線状で形成され、前記第２の接触端部は曲線状で形成される請求項１記載の物理量センサ。
【請求項４】
前記対向面の外周には、第１の曲線部及び第２の曲線部が形成され、前記第１の接触端部は前記第１の曲線部に含まれ、前記第２の接触端部は前記第２の曲線部に含まれており、前記第１の曲線部の曲率半径は、前記第２の曲線部の曲率半径よりも大きくなっている請求項１記載の物理量センサ。
【請求項５】
前記対向面には、第１の接触端部及び前記第２の接触端部よりも内側に開口部が形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の物理量センサ。
【請求項６】
前記可動部は、錘部と、固定支持されるアンカ部と前記錘部とに回動自在に連結された支持部と、前記支持部が回動して前記錘部が高さ方向に変位したときに前記錘部の変位方向に対し逆方向に変位する脚部と、を有して構成されており、
前記脚部と高さ方向に対向する位置に前記ストッパ部が形成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の物理量センサ。
【請求項７】
前記第１の接触端部は、前記脚部の延出方向の自由端側に、前記第２の接触端部は、基端側に設けられる請求項６記載の物理量センサ。
【請求項８】
高さ方向に変位する可動部と、前記可動部と高さ方向に対向して配置され前記可動部の変位を規制するストッパ部とを有して構成され、
前記ストッパ部の前記可動部との対向面には、外周より内側に第１の開口部が形成されていることを特徴とする物理量センサ。
【請求項９】
前記ストッパ部の対向面の外周は、円周状、あるいは円周の一部を構成している請求項８記載の物理量センサ。
【請求項１０】
前記第１の開口部から連続して外周に繋がる１以上の第２の開口部が形成されている請求項８又は９に記載の物理量センサ。
【請求項１１】
前記可動部には、前記ストッパ部との対向面にエッチング用ホールが形成されており、前記可動部が前記ストッパ部に当接した際に、前記ストッパ部が前記エッチング用ホールに嵌まらないように形成されている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高さ方向に変位する可動部と、前記可動部の変位を規制するストッパ部とを有する物理量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載された発明には、可動部に対するスティッキング防止用の突起部が形成されたＭＥＭＳセンサが開示されている。【０００３】
また特許文献２に記載された発明には、可動部と固定部とが直接接触するのを防止するための突起部が設けられたＭＥＭＳセンサが開示されている。【０００４】
このように従来では、可動部との接触面積を低下させて耐スティッキング性を向上させるべく突起部を設けた構成としていたが、耐スティッキング性とともに可動部が突起部に接触したときの耐衝撃性を向上させるための平面形状については考慮されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平１０−５１２６７５号公報
【特許文献２】特開平５−１７２８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、特に、耐衝撃性及び耐スティッキング性に優れた物理量センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明における物理量センサは、
高さ方向に変位する可動部と、前記可動部と高さ方向に対向して配置され前記可動部の変位を規制する突起状のストッパ部とを有して構成され、
前記ストッパ部の前記可動部との対向面の外周には、第１の接触端部と、第２の接触端部が設けられ、前記第１の接触端部は、可動部が前記ストッパ部に近づく方向に変位して前記対向面と最初に接触する部分であり、前記第２の接触端部は、可動部が前記ストッパ部との当接状態から離れる方向に変位したとき前記対向面から最初に離れる部分であり、
前記第１の接触端部における前記可動部との接触長さのほうが前記第２の接触端部における前記可動部との接触長さに比べて長いことを特徴とするものである。【０００８】
このように本発明では、可動部は、ストッパ部の対向面に接触する際、まず第１の接触端部に接触するため、接触瞬間時、第１の接触端部に応力が加わることになる。また可動部は、ストッパ部の対向面から離れるとき、まず第２の接触端部から引き剥がされるため、引き剥がし瞬間時、第２の接触端部に応力が加わることになる。本発明では、第１の接触端部における前記可動部との接触長さを、前記第２の接触端部における前記可動部との接触長さに比べて長くしている。このため、接触瞬間時にストッパ部に加わる応力を分散させ、引き剥がし瞬間時にストッパ部に加わる応力を集中させることが出来る。以上により本発明では、耐衝撃性及び耐スティッキング性に優れたストッパ部を構成できる。【０００９】
本発明では、前記第１の接触端部は直線状あるいは曲線状で形成され、前記第２の接触端部は、２本の直線部あるいは曲線部、又は前記直線部と前記曲線部とが交わる交点で形成されていることが好ましい。これにより、より効果的に、接触瞬間時における応力分散を促進でき、また引き剥がし瞬間時における応力集中を促進させることができる。【００１０】
また本発明では、前記第１の接触端部は直線状で形成され、前記第２の接触端部は曲線状で形成される構成であってもよい。【００１１】
また本発明では、前記対向面の外周には、第１の曲線部及び第２の曲線部が形成され、前記第１の接触端部は前記第１の曲線部に含まれ、前記第２の接触端部は前記第２の曲線部に含まれており、前記第１の曲線部の曲率半径は、前記第２の曲線部の曲率半径よりも大きくなっている構成でもよい。【００１２】
また前記対向面には、第１の接触端部及び前記第２の接触端部よりも内側に開口部が形成されていることが好ましい。これにより、可動部とストッパ部間の接触面積をより小さくでき耐スティッキング性をより効果的に向上させることができる。【００１３】
また本発明では、前記可動部は、錘部と、固定支持されるアンカ部と前記錘部とに回動自在に連結された支持部と、前記支持部が回動して前記錘部が高さ方向に変位したときに前記錘部の変位方向に対し逆方向に変位する脚部と、を有して構成されており、
前記脚部と高さ方向に対向する位置に前記ストッパ部が形成されている形態に好ましく適用される。【００１４】
上記構成において、前記第１の接触端部は、前記脚部の延出方向の自由端側に、前記第２の接触端部は、基端側に設けられることが好ましい。脚部はストッパ部に自由端側から接触し、基端側から引き剥がされるため、上記のように、第１の接触端部を自由端側に、第２の接触端部を基端側に設けることで、接触瞬間時における応力分散と、引き剥がし瞬間時における応力集中を適切に図ることが可能になる。【００１５】
あるいは本発明における物理量センサは、
高さ方向に変位する可動部と、前記可動部と高さ方向に対向して配置され前記可動部の変位を規制するストッパ部とを有して構成され、
前記ストッパ部の前記可動部との対向面には、外周より内側に第１の開口部が形成されていることを特徴とするものである。【００１６】
これにより、可動部とストッパ部との接触面積を小さくできる。特に第１の開口部を設けることで、外周側の側壁のみならず第１の開口部側の側壁もエッチングで削っていくことができ、外周と第１の開口部との間に位置するストッパ部の幅寸法を効果的に小さくできる。したがってストッパ部の対向面積を従来に比べてより小さく形成することが可能である。また、開口部を設けず、本発明のストッパ部の外周と略相似形の外周を備え、本発明のストッパ部と略同一の対向面積を備えるストッパ部を比較例としたとき、可動部が本発明のストッパ部の外周に接触する瞬間の接触長さを、可動部が比較例のストッパ部の外周に接触する瞬間の接触長さに比べて長くすることができる。このため本発明のストッパ部を用いることで比較例に比べて、接触瞬間時における応力分散を効果的に促進できる。以上により本発明では、耐衝撃性及び耐スティッキング性に優れたストッパ部を構成できる。【００１７】
本発明では、前記ストッパ部の対向面の外周は、円周状、あるいは円周の一部を構成していることが好ましい。【００１８】
また本発明では、前記第１の開口部から連続して外周に繋がる１以上の第２の開口部が形成されていることが好ましい。これにより、可動部がストッパ部の対向面の全面に当接したときに、第１の開口部が密閉状態とならず耐スティッキング性を向上させることができる。【００１９】
また本発明では、前記可動部には、前記ストッパ部との対向面にエッチング用ホールが形成されており、前記可動部が前記ストッパ部に当接した際に、前記ストッパ部が前記エッチング用ホールに嵌まらないように形成されていることが好適である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、耐衝撃性及び耐スティッキング性に優れた物理量センサにできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態における物理量センサの概念図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）（ｃ）は側面図、
【図２】別の実施形態におけるストッパ部の平面図、
【図３】可動部の部分裏面図、
【図４】第２実施形態の物理量センサに用いられるストッパ部の平面図、
【図５】第２実施形態における物理量センサの側面図、
【図６】第２実施形態のストッパ部の製造方法を示す部分拡大縦断面図、
【図７】比較例におけるストッパ部の平面図、
【図８】比較例のストッパ部の製造方法を示す部分拡大縦断面図、
【図９】図１０のシミュレーション実験において、可動部が傾いてストッパ部に接触したと仮定した場合の物理量センサの側面図、
【図１０】図９に示すように可動部がストッパ部に対して傾いて接触した場合におけるストッパ部の外径と内径との差（実施例）と反力との関係を示すシミュレーション実験結果（比較例におけるシミュレーション実験結果も示す）、
【図１１】本実施形態におけるストッパ部を用いた具体的な物理量センサの平面図、
【図１２】静止状態を示す物理量センサの斜視図、
【図１３】錘部及び脚部が高さ方向に変位した状態を示す物理量センサの斜視図、
【図１４】図１３に示す物理量センサの側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は第１実施形態における物理量センサの概念図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）（ｃ）は側面図を示す。
【００２３】
図１に示すように本実施形態における物理量センサＳは、可動部５０と、突起状のストッパ部５１とを有して構成される。ストッパ部５１は可動部５０の高さ方向への変位を規制するための部材である。
【００２４】
可動部５０は高さ方向（Ｚ方向）に変位可能に支持されている。また図１（ｂ）（ｃ）に示すように、ストッパ部５１は基板５２上に設けられている。ストッパ部５１を基板５２と一体に形成することもできるし別体とすることも出来る。
【００２５】
ストッパ部５１の上面（可動部５０との対向面）５１ａは平坦化面である。
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すようにストッパ部５１の上面５１ａの外周５１ｂには、Ｙ方向に平行に延びる直線状の第１の接触端部５３と、第１の接触端部５３のＹ方向の両端からＸ方向及びＹ方向の間に傾いて延びる直線部５５，５６と、前記直線部５５，５６の交点である第２の接触端部５４とが形成されている。
【００２６】
図１に示す実施形態では、前記ストッパ部５１の上面５１ａの外周５１ｂは正三角形や二等辺三角形で形成されている。
【００２７】
図１（ａ）に示すように第１の接触端部５３と第２の接触端部５４はＸ方向にて対向している。
【００２８】
図１（ａ）（ｂ）に示すように第１の接触端部５３は、可動部５０がストッパ部５１に近づくように下方向に変位し前記上面５１ａに最初に接触する部分である。第１の接触端部５３の直線長さが、可動部５０との接触長さとなる。
【００２９】
また図１（ａ）（ｃ）に示すように第２の接触端部５４は、可動部５０の下面５０ａがストッパ部５１の上面５１ａの略全面に当接した状態から、復元力により可動部５０が上方へ変位するときに前記上面５１ａから最初に離れる部分である。この実施形態では第２の接触端部５４は交点であり、前記第２の接触端部５４における可動部５０との接触長さは、第１の接触端部５３における可動部５０との接触長さに比べて極めて小さくなっている。
【００３０】
このように本実施形態では図１（ａ）（ｂ）に示すように、可動部５０がストッパ部５１の対向面５１ａに接触する際、まず第１の接触端部５３に接触するため、接触瞬間時、第１の接触端部５３に応力が加わることになる。また図１（ａ）（ｃ）に示すように、可動部５０は、ストッパ部５１の対向面５１ａから離れるとき、まず第２の接触端部５４から引き剥がされるため、引き剥がし瞬間時、第２の接触端部５４に応力が加わることになる。そして本実施形態では、第１の接触端部５３における可動部５０との接触長さを、第２の接触端部５４における可動部５０との接触長さに比べて長くしている。このため、接触瞬間時にストッパ部５１に加わる応力を分散させることができ、一方、引き剥がし瞬間時にストッパ部５１に加わる応力を集中させることが出来る。なお「分散」「集中」は相対的に評価される。すなわち本実施形態によれば、接触瞬間時に可動部５０が接触長さの長い第１の接触端部５３に接触することで、接触長さの短い第２の接触端部５４に接触するよりも応力を分散させることができ、引き剥がし瞬間時に可動部５０が接触長さの短い第２の接触端部５４から引き剥がされることで、接触長さの長い第１の接触端部５３から引き剥がされるよりも応力を集中させることが出来るということを意味している。
【００３１】
以上により本実施形態では、接触瞬間時における応力分散により耐衝撃性を向上させることができ、また引き剥がし瞬間時における応力集中により可動部５０がストッパ部５１から引き剥がされやすくなり、すなわち耐スティッキング性を向上させることが可能になる。
【００３２】
図１に示す物理量センサＳでは、図面上明確に、可動部５０が高さ方向に傾いた状態で変位しているが、可動部５０は高さ方向にほぼ平行移動するものであり、可動部５０がストッパ部５１に当接するときに、わずかに早く第１の接触端部５３に接触し、ストッパ部５１から離れるときに、わずかに早く第２の接触端部５４から離れる形態にも適用できる。水平方向に対する可動部５０の傾斜角度は、例えば、０．０２〜１．５（ｄｅｇ）程度である。また、可動部５０の可動範囲は０．１５μｍ〜１１μｍ程度である。
【００３３】
図２に示すストッパ部の上面（対向面）は、図１に示したストッパ部５１の上面（対向面）５１ａとは異なっている。
【００３４】
図２（ａ）に示すストッパ部５７の上面（対向面）の外周５７ａには、第１の曲線部５８と、第２の曲線部５９とが設けられる。第１の曲線部５８は紙面左方向に膨らむように湾曲し、第２の曲線部５９は紙面右方向に膨らむように湾曲している。そして第１の曲線部５８と第２の曲線部５９のＹ方向の両端が夫々接続されている。
【００３５】
図２（ａ）に示すように、第１の曲線部５８の曲率半径は第２の曲線部５９の曲率半径よりも大きくなっている。
【００３６】
図２（ａ）に示す第１の曲線部５８のＹ方向への略中心位置が第１の接触端部６０であり、第２の曲線部５９のＹ方向への略中心位置が第２の接触端部６１である。すなわち図１で説明した可動部５０が図２（ａ）に示すストッパ部５７に接触する際、まず第１の曲線部５８の略中心位置（第１の接触端部６０）に接触する。また図１で説明した可動部５０が図２（ａ）に示すストッパ部５７から離れる際、まず第２の曲線部５９の略中心位置（第２の接触端部６１）から引き剥がされる。
【００３７】
上記のように第１の曲線部５８と第２の曲線部５９の曲率半径が異なるので、ミクロ的に見れば、接触瞬間時における第１の接触端部６０の可動部５０との接触長さは、引き剥がし瞬間時における第２の接触端部６１の可動部５０との接触長さよりも長くなっている。
【００３８】
したがって図２（ａ）に示す形状のストッパ部５７を用いても、耐衝撃性及び耐スティッキング性の双方を向上させることができる。
【００３９】
図２（ｂ）に示すストッパ部６５は、３つの分離された突起部７１，７２，７３にて構成される。図２（ｂ）に示すように突起部７１の外周にはＹ方向に直線状に延びる第１の接触端部６６が形成され、突起部７２，７３の外周には、２本の直線部が交わる交点の第２の接触端部６７，６８が形成されている。
【００４０】
図２（ｂ）に示す実施形態では、第１の接触端部６６及び第２の接触端部６７，６８よりも内側（各突起部７１，７２，７３に囲まれた内部領域）に開口部６９が設けられている。このため、図２（ｂ）に示す形態では、可動部５０との接触面積をより効果的に小さくすることができ、より効果的に耐スティッキング性を向上させることが可能である。
【００４１】
図２（ｃ）に示すストッパ部７０の上面（対向面）の外周７０ａは、図２（ａ）に示す第１の曲線部５８と、図１に示す直線部５５，５６とを備える扇形形状であり、第１の曲線部５８に第１の接触端部６０が含まれており、前記直線部５５，５６の交点が第２の接触端部５４を構成している。
【００４２】
なお図２（ｃ）に示すストッパ部７０の形状に比べて、図１に示すように第１の接触端部５３を直線状に延ばして形成したほうが、接触瞬間時における可動部５０との接触長さを長く形成でき耐衝撃性を向上させることができて好適である。
【００４３】
なお図１、図２以外のストッパ部の形状とすることも可能である。例えば、図１（ａ）に示す直線状の第１の接触端部５３と図２（ａ）に示す第２の接触端部６１を含む第２の曲線部５９とでストッパ部の外周を構成することも可能である。
【００４４】
図３は、可動部５０の下面（対向面）５０ａの形状を示す裏面図である。図３（ａ）に示すように可動部５０の下面５０ａには、複数のエッチング用ホール７５が形成されている。可動部５０は例えばＳＯＩ基板からエッチングにて形成されたものである。ＳＯＩ基板は２枚のシリコン基板間に酸化絶縁層（犠牲層）を介した積層構造である。可動部５０は、一方のシリコン基板から切り出されるが、このとき可動部５０と他方のシリコン基板との間に介在する前記酸化絶縁層を除去して前記可動部５０を高さ方向に変位可能とするために、可動部５０に多数のエッチング用ホール７５を形成し、各エッチング用ホール７５からエッチング液やエッチングガスを注入して、不要な前記酸化絶縁層を除去している。
【００４５】
本実施形態では、図３に示すようにストッパ部５１をエッチング用ホール７５との非対向領域に形成して、ストッパ部５１とエッチング用ホール７５とが重ならないようにしている。これにより、ストッパ部５１がエッチング用ホール７５内に嵌まらないようにしている。
【００４６】
ただし、エッチング用ホール７５は多数個、存在し、これらエッチング用ホール７５と重ならないようにストッパ部５１を形成することが製造上や制御上、困難となる場合があるため、ストッパ部５１の上面（対向面）５１ａをエッチング用ホール７５よりも大きく形成することで、仮に、ストッパ部５１とエッチング用ホール７５とが重なる部分があっても、ストッパ部５１がエッチング用ホール７５内に嵌まることがないようにすることが好適である。
【００４７】
図４は第２の実施形態におけるストッパ部の平面形状を示す。
図４（ａ）に示すストッパ部８０の上面（可動部との対向面）８０ａは、外周８０ｂより内側に第１の開口部８１が形成されたリング状である。外周８０ｂ及び第１の開口部８１は円周状である。
【００４８】
図５は、第２の実施形態における物理量センサの側面図である。図５に示すように、ストッパ部８０の上方に可動部８２が高さ方向（Ｚ方向）に変位可能に支持されている。ストッパ部８０は基板８３上に一体的にあるいは別体で設けられる。
【００４９】
図６は、ストッパ部８０の形成方法を示す部分拡大縦断面図である。図６（ａ）の工程では、基板８３上にマスク９０を設ける。マスク９０は例えばレジストであり、平面形状がリング状である。図６（ｂ）に示す工程では、マスク９０に覆われていない基板８３の表面をエッチングで除去し、マスク９０下にリング状のストッパ部８０を突出形成する。その後、マスク９０を除去する。
【００５０】
本実施形態では、図５に示す可動部８２が下方向に移動し、ストッパ部８０の上面８０ａに当接したとき、ストッパ部８０に第１の開口部８１が設けられているから、可動部８２との接触面積を効果的に小さくすることができ耐スティッキング性を向上させることができる。
【００５１】
本実施形態では、第１の開口部８１を設けていないストッパ部（以下に説明する図７参照）に比べて効果的に接触面積の低減を図ることができる。
【００５２】
図７は比較例としてのストッパ部８５の平面図である。図７では、図４と異なって第１の開口部８１が形成されていない。図７ではストッパ部８５の上面（可動部との対向面）８５ａの外周８５ｂは円形状で形成されている。
【００５３】
図８は、図７に示すストッパ部８５の形成方法を説明するための部分拡大縦断面図である。図８（ａ）の工程では、基板８６上にマスク８７を設ける。マスク８７は例えばレジストであり、平面形状が円形状である。図８（ｂ）に示す工程では、マスク８７に覆われていない基板８６の表面をエッチングで除去し、マスク８７下に突起状のストッパ部８５を形成する。
【００５４】
図６（ａ）の工程、図８（ｂ）の工程ともに、等方性エッチングを行うことで、横方向にもエッチングされ、マスク９０，８７の外周９０ｂ，８７ｂよりも小さい外周８０ｂ，８５ｂを備えるストッパ部８０，８５を形成することができる。
【００５５】
ここで、本実施形態では、ストッパ部８０の外周８０ｂよりも内側に第１の開口部８１を設けるために、図６（ｂ）に示すように、等方性エッチングにて、外周８０ｂのみならず内周８０ｃも横方向にエッチングされていく。このため、外周８５ｂだけが横方向にエッチングされていく比較例のストッパ部８５に比べて本実施形態のストッパ部８０形状のほうが、より効果的に接触面積を小さくすることが可能になる。
【００５６】
図９に示すように、可動部８２が下方に移動してストッパ部８０の上面８０ａに接触し、このとき可動部８２がやや高さ方向に傾いてストッパ部８０に接触する場合、可動部８２は最初、ストッパ部８０の上面８０ａの外周８０ｂに当接する。このとき、本実施形態のストッパ部８０のほうが比較例のストッパ部８５に比べて優れた耐衝撃性を得ることが可能である。
【００５７】
耐衝撃性について以下の実験を行った。
以下の表１に示すように、図７に示す比較例のストッパ部８５の上面８５ａの面積を一定に設定し、表２に示すように、図４に示す本実施形態のストッパ部８０の上面８０ａの面積は比較例と同じとなるように、ストッパ部８０の中心から外周８０ｂまでの半径（外径）Ｒ１、中心から内周８０ｃまでの半径（内径）Ｒ２を夫々変化させた。
【００５８】
【表１】
2011071140.tif 000003
【００５９】
【表２】
2011071140.tif 000004
【００６０】
可動部８２を図９のように高さ方向に傾けた状態で、可動部８２を、各ストッパ部８０，８５の上面８０ａ，８５ａの外周８０ｂ，８５ｂに接触させ、更に２．２ｎｍ押し込んだ時の反力（支えられる慣性力）を計算した。そのシミュレーション結果が図１０に示されている。
【００６１】
図１０に示すように、半径差（Ｒ１−Ｒ２）が小さくなるほど反力が大きくなることがわかった。半径差（Ｒ１−Ｒ２）が小さくなるほど、表２に示すように、外径Ｒ１が大きくなる。このように、外径Ｒ１が大きくなるほど反力が大きくなるのは、可動部８２が接触する外周８０ｂでの接触領域が広がるためである。反力が大きいことで耐衝撃性を向上させることができる。したがって、図４（ａ）に示すように、外周８０ｂよりも内側に第１の開口部８１を設けたストッパ部８０とし、表２に示すように、外径及び内径を調整することで、耐スティッキング性及び耐衝撃性を効果的に向上させることができる。
【００６２】
本実施形態では図４（ｂ）に示すストッパ部９２は、互いに分離した２つの突起部９３，９４により構成され、図４（ｃ）に示すストッパ部９５は、互いに分離した３つの突起部９６，９７，９８により構成される。各突起部の外周は円周の一部を構成している。図４（ｂ）（ｃ）に示すように、各ストッパ部９２，９５には、各突起部の外周よりも内側に第１の開口部８１が形成されている。更に、各突起部間には、第１の開口部８１と連続して繋がる第２の開口部９９が形成されている。
【００６３】
このように第１の開口部８１から外周に繋がる第２の開口部９９を設けることで、可動部８２がストッパ部９２，９５の各突起部の上面に当接した状態において第１の開口部８１が密閉状態とならず第１の開口部８１内の気圧は周囲の気圧と常に一定であるから、可動部８２がストッパ部の上面にぴったりと貼り付いてしまうことはなく、良好な耐スティッキング性を維持することが可能である。
【００６４】
図４（ｂ）（ｃ）に示すように、外周に通じる第２の開口部９９を設ける構成は、図２（ｂ）においても適用可能である。
【００６５】
また、第２の開口部９９の数は限定されないが、ストッパ部を構成する分離された各突起部が幅寸法（外周に対する法線方向の長さ寸法）より幅寸法を二分する中心線の長さ寸法のほうが長い形状となるように前記第２の開口部９９を設けることが好適である。また、各突起部の幅寸法を二分する中心線の長さ寸法が、第２の開口部９９の長さ寸法（前記中心線に沿って延長した延長線上の長さ寸法）に比べて長いことが好適である。
【００６６】
本実施形態における各ストッパ部は、例えば、次に説明する物理量センサ１に適用できる。
【００６７】
図１１〜図１４の各図に示す物理量センサに関しては、Ｙ方向が左右方向であり、Ｙ１方向が左方向でＹ２方向が右方向、Ｘ方向が前後方向であり、Ｘ１方向が前方でＸ２方向が後方である。また、Ｙ方向とＸ方向の双方に直交する方向が上下方向（Ｚ方向；高さ方向）である。
【００６８】
図１１に示す物理量センサ１は、例えば、長方形の平板であるシリコン基板から形成されている。すなわち、シリコン基板に、各部材の形状に対応する平面形状のレジスト層を形成し、レジスト層が存在していない部分で、シリコン基板をディープＲＩＥ（ディープ・リアクティブ・イオン・エッチング）などのエッチング工程で切断することで、各部材を分離している。したがって、物理量センサ１を構成する各部材は、シリコン基板の表面と裏面の厚みの範囲内で構成されている。図１２に示すように、物理量センサが静止状態のときに、表面全体と裏面全体が夫々、同一面上に位置しており、表面及び裏面から突出する部分がない。
【００６９】
物理量センサ１は微小であり、例えば長方形の長辺１ａ，１ｂの長さ寸法は１ｍｍ以下であり、短辺１ｃ，１ｄの長さ寸法は０．８ｍｍ以下である。さらに、厚み寸法は０．１ｍｍ以下である。
【００７０】
図１１と図１２に示すように、物理量センサ１は、長方形の長辺１ａ，１ｂおよび短辺１ｃ，１ｄで囲まれた外枠部分が錘部２である。長辺１ａ，１ｂの延びる方向が前後方向であり、短辺１ｃ，１ｄの延びる方向が左右方向である。
【００７１】
図１１，図１２に示すように錘部２の内側には、２本の支持部３ａ，４ａが設けられている。
【００７２】
図１１に示すように、前方（Ｘ１）に延びる第１支持部３ａには、後方（Ｘ２）に延びる脚部３ｂと一体に形成されている。
【００７３】
また図１１に示すように、後方（Ｘ２）に延びる第２支持部４ａは、前方（Ｘ１）に延びる脚部４ｂと一体に形成されている。
【００７４】
図１１に示すように、錘部２の内側には、中央アンカ部５、左側アンカ部６及び右側アンカ部７が設けられている。
【００７５】
例えば各アンカ部５〜７は図１４に示す固定部（支持基板）１０に固定支持される。この固定部１０は例えばシリコン基板であり、各アンカ部５〜７と固定部１０との間には図示しない酸化絶縁層（ＳｉＯ2層）が介在している。固定部１０、酸化絶縁層、及び図１１に示す錘部２、支持部３ａ，４ａ、脚部３ｂ，４ｂ及びアンカ部５〜７等を構成するシリコン基板は、例えばＳＯＩ基板である。
【００７６】
図１１、図１２に示すように、錘部２と、各支持部３ａ，４ａ、各脚部３ｂ，４ｂ及び各アンカ部５〜７は夫々分離して形成されている。このうち、各アンカ部５〜７と固定部１０との間には上記した酸化絶縁層が介在し、各アンカ部５〜７が固定部１０に固定支持された状態になっているが、錘部２、各支持部３ａ，４ａ及び各脚部３ｂ，４ｂと、固定部１０との間には酸化絶縁層は存在せず、錘部２、各支持部３ａ，４ａ、及び各脚部３ｂ，４ｂと固定部１０との間は空間となっている。
【００７７】
図１１に示すように、第１支持部３ａの先端部と錘部２とが連結部１１ａにおいて回動自在に連結されており、第２支持部４ａの先端部と錘部２とが連結部１１ｂにおいて回動自在に連結されている。
【００７８】
また図１１に示すように、第１支持部３ａは、支点連結部１２ａ，１２ｂにおいて回動自在に連結されている。また図１１に示すように、第２支持部４ａは、支点連結部１３ａ，１３ｂにおいて回動自在に連結されている。
【００７９】
また図１１に示す実施形態では、左側アンカ部６の後方（Ｘ２）に、錘部２及び左側アンカ部６と分離して形成された左側連結腕１４が設けられ、右側アンカ部７の前方（Ｘ１）に、錘部２及び右側アンカ部７と分離して形成された右側連結腕１５が設けられている。左側連結腕１４及び右側連結腕１５は共に錘部２の内側に形成される。
【００８０】
そして、図１１に示すように左側連結腕１４の先端部と錘部２とは、連結部１６ａにおいて、回動自在に連結されている。また、右側連結腕１５の先端部と錘部２とは、連結部１６ｂにおいて、回動自在に連結されている。また図１１に示すように、左側連結腕１４と左側アンカ部６とは、支点連結部１７ａにおいて、回動自在に連結されている。また右側連結腕１５と右側アンカ部７とは、支点連結部１７ｂにおいて、回動自在に連結されている。
【００８１】
図１１に示すように、第１支持部３ａ及び左側連結腕１４はともに、左側アンカ部６よりも左側（Ｙ１）の位置にて延出する後端部３ｃ，１４ａを備えており、第１支持部３ａの後端部３ｃと、左側連結腕１４の後端部１４ａとが所定の間隔を空けて対向配置されている。そして、第１支持部３ａの後端部３ｃと左側連結腕１４の後端部１４ａとの間が連結部１８ａを介して連結されている。また図１１に示すように、第２支持部４ａ及び右側連結腕１５はともに、右側アンカ部７よりも右側（Ｙ２）の位置にて延出する後端部４ｃ，１５ａを備えており、第２支持部４ａの後端部４ｃと、右側連結腕１５の後端部１５ａとが所定の間隔を空けて対向配置されている。そして、第２支持部４ａの後端部４ｃと右側連結腕１５の後端部１５ａとの間が連結部１８ｂを介して連結されている。
なお各連結部は、膜厚が薄く形成されるなどしてばね性を有する形状となっている。
【００８２】
図１１に示す実施形態では、錘部２、支持部３ａ，４ａ、連結腕１４，１５及び脚部３ｂ，４ｂにて「可動部」が構成される。
【００８３】
図１４に示すように、物理量センサ１には、錘部２と高さ方向にて離れた一方に固定部１０と他方に対向部（対向部；カバー部材）３０が設けられる。
【００８４】
また図１４には図示しないが、対向部３０の表面３０ａには、固定電極が設けられている。対向部３０は例えばシリコン基板であり、固定電極は、対向部３０の表面３０ａに絶縁層を介して導電性金属材料をスパッタしまたはメッキすることで形成されている。
【００８５】
また、錘部２の表面（下面）２ａには、対向部３０に形成された固定電極に対面する可動電極（図示しない）が絶縁層を介してスパッタやメッキ工程で形成されている。あるいは、錘部２が、低抵抗シリコン基板などの導電性材料で形成されている場合には、錘部２それ自体を可動電極として使用することも可能である。
【００８６】
この物理量センサ１は、外部から力（加速度等）が作用していないときに、それぞれの支点連結部および連結部の弾性復元力により、図１２に示すように、全ての部分の表面が同一平面となった状態を維持している。
【００８７】
物理量センサ１に外部から例えば加速度が与えられると、加速度は、錘部２及び各アンカ部５〜７に作用する。このとき、錘部２は慣性力によって絶対空間内で留まろうとし、その結果、各アンカ部５〜７に対して錘部２が加速度の作用方向と逆の方向へ相対的に移動する。
【００８８】
図１３及び図１５は、アンカ部５〜７、固定部１０及び対向部３０に対して下向きの加速度が作用したときの動作を示している。このとき、錘部２は慣性力により図２の静止状態の位置から上方向へ向けて変位すべく、第１支持部３ａが支点連結部１２ａ、１２ｂを中心に高さ方向に回動し、第２支持部４ａが支点連結部１３ａ，１３ｂを中心として高さ方向に回動し、左側連結腕１４が支点連結部１７ａを中心として高さ方向に回動し、右側連結腕１５が支点連結部１７ｂを中心として高さ方向に回動する。
【００８９】
本実施形態の錘部２の支持機構により錘部２を高さ方向に略平行移動させることが出来る。
【００９０】
本実施形態では、図１３及び図１４に示すように、第１支持部３ａが支点連結部１２ａ，１２ｂを中心として高さ方向に回動し、第２支持部４ａが支点連結部１３ａ，１３ｂを中心として高さ方向に回動したときに、脚部３ｂ，４ｂの先端部は下方に変位し、脚部３ｂ，４ｂが対向部３０上に設けられたストッパ部５１に接触する。これにより、錘部２が図１４の状態よりもさらに上方に変位できなくなり、錘部２及び脚部３ｂ，４ｂの変位が抑制される。
【００９１】
図１１，図１４に示すストッパ部５１は図１に示すストッパ部と同じである。図１１に示すように、各脚部３ｂ，４ｂはＸ１−Ｘ２方向に延出して形成され、脚部３ｂはＸ２側が自由端側で、Ｘ１側が支持部３ａに連結する基端側である。また脚部４ｂはＸ１側が自由端側で、Ｘ２側が支持部４ａに連結する基端側である。
【００９２】
図１１に示すように、各ストッパ部５１の第１の接触端部５３は、各脚部３ｂ，４ｂの自由端側に設けられ、各ストッパ部５１の第２の接触端部５４は、各脚部３ｂ，４ｂの基端側に設けられている。
【００９３】
このため、図１４に示すように脚部３ｂ，４ｂが、下方に変位して各ストッパ部５１，５１に接触する際、最初に各ストッパ部５１，５１の第１の接触端部５３に接触する。なお図１４では、脚部３ｂ，４ｂがストッパ部５１，５１に対し傾斜した状態にて接触しているが、実際には、錘部２及び脚部３ｂ，４ｂの高さ方向への変位量は数μｍ程度であり、脚部３ｂ，４ｂのストッパ部５１，５１に対する傾斜角度は非常に小さく、また、ストッパ部５１に押し付けられて脚部３ｂ，４ｂが若干変形することにより、脚部３ｂ，４ｂの下面（対向面）はストッパ部５１，５１の上面（対向面）にほぼ当接した状態になる。その後、各脚部３ｂ，４ｂがストッパ部５１，５１の上面に当接した状態から離れる方向に変位したとき、各脚部３ｂ，４ｂは各ストッパ部５１，５１の第２の接触端部５４，５４から最初に離れる。
【００９４】
このため図１１に示す物理量センサ１では、脚部３ｂ，４ｂのストッパ部５１への接触瞬間時にストッパ部５１に加わる応力を分散させ、引き剥がし瞬間時にストッパ部５１に加わる応力を集中させることができる。よって、本実施形態では、耐衝撃性及び耐スティッキング性に優れた物理量センサ１を構成することができる。
【００９５】
なお図１１に示す物理量センサ１に用いられるストッパ部の形状は図２や図４に示すものであってもよい。
【００９６】
また、錘部２と対向部３０との間にストッパ部を設けることもでき、例えば図４（ｃ）に示すストッパ部９５を設けることができる。これにより錘部２が高さ方向に平行移動してストッパ部９５に当接したとき、錘部２とストッパ部９５との接触面積を小さくでき耐スティッキング性を向上させることができるとともに、錘部２が傾いた状態で前記ストッパ部９５に接触した場合でも耐衝撃性を向上させることができる。
【００９７】
なお図１１に示す物理量センサ１では、錘部２と、対向部３０に設けられた固定電極との間の静電容量変化により、加速度等の物理量を検出することが可能であるが、検知部の構成は静電容量式に限定するものではない。ただし静電容量式としたことで簡単で且つ高精度な検知部の構成を実現できる。
【００９８】
本実施形態は加速度センサのみならず角速度センサ、衝撃センサ等、物理量センサ全般に適用可能である。
【００９９】
また各図に示した可動部（図１１では、脚部３ｂ，４ｂや錘部２）のストッパ部との対向面は平坦化面であってもよいし、あるいは多数のドット状突起が設けられた形状や、線状又は網目状の突起条部が設けられた構成等であってもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１  物理量センサ
２  錘部
３ａ，４ａ  支持部
３ｂ，４ｂ  脚部
５  中央アンカ部
６  左側アンカ部
７  右側アンカ部
１０  固定部
１１ａ，１１ｂ，１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ  連結部
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１７ａ，１７ｂ  支点連結部
１４、１５  連結腕
３０  対向部
５０、８２  可動部
５１、５７、６５、８０、８５、９２、９５  ストッパ部
５１ａ、７０ａ、８０ａ、８５ａ  （ストッパ部の）上面（対向面）
５１ｂ、５７ａ、８０ｂ、８５ｂ  外周
５３、６０、６６  第１の接触端部
５４、６１、６７、６８  第２の接触端部
５５、５６  直線部
５８  第１の曲線部
５９  第２の曲線部
６９  開口部
７１〜７３、９３、９４、９６〜９８  突起部
７５  エッチング用ホール
８１  第１の開口部
８７、９０  マスク
９９  第２の開口部
【図１】
2011071140.tif 000005
【図２】
2011071140.tif 000006
【図３】
2011071140.tif 000007
【図４】
2011071140.tif 000008
【図５】
2011071140.tif 000009
【図６】
2011071140.tif 000010
【図７】
2011071140.tif 000011
【図８】
2011071140.tif 000012
【図９】
2011071140.tif 000013
【図１０】
2011071140.tif 000014
【図１１】
2011071140.tif 000015
【図１２】
2011071140.tif 000016
【図１３】
2011071140.tif 000017
【図１４】
2011071140.tif 000018
【国際調査報告】
2011071140.tif 000019
2011071140.tif 000020
2011071140.tif 000021
2011071140.tif 000022
2011071140.tif 000023
2011071140.tif 000024